Estudio de la estabilidad de celdas solares de perovskita 2D/3D

Abstract

El presente trabajo muestra el diseño y construcción de una celda solar de perovskita, con más estabilidad, bajo costo de fabricación y buena eficiencia de conversión de energía solar a eléctrica. Las celdas solares de perovskita de tres dimensiones (3D) se consideran uno de los ejemplos más recientes de tecnología fotovoltaica para transformar de forma directa la luz solar en electricidad. Aunque las perovskitas son materiales conocidos desde 1839, la implementación de perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas como materiales absorbentes de luz en aplicaciones fotovoltaicas es mucho más reciente, teniendo un espectacular desarrollo desde 2012. Durante este breve periodo, la evolución de esta tecnología ha sido rápida y productiva, habiéndose alcanzado eficiencias de un 3% hasta un 23.7% a escala de laboratorio. Desafortunadamente estos dispositivos cuentan con baja estabilidad. Recientemente, perovskitas de dos dimensiones (2D) han demostrado una muy buena estabilidad a la humedad, con la inclusión de cationes voluminosos hidrofóbicos. Las perovskitas 2D están representados por la fórmula R2An 1BnX3n+1, donde R = catión voluminoso, A = catión pequeño (MA), B = catión inorgánico (Pb2+), X = halogenuro (I, Br o Cl) y n = número de capas inorgánicas intercaladas entre bicapas orgánicas. Cuando n = 1-10 el material se considera dentro del límite 2D, en cambio cuando n tiende a infinito, el material se convierte en 3D. A pesar de que los materiales 2D puros muestran una fuerte resistencia a la humedad, las eficiencias obtenidas son muy bajas en comparación con la perovskita 3D. Las heteroestructuras de perovskita 2D/3D, tienen la ventaja de combinar la buena estabilidad a la humedad de perovskita 2D y el rendimiento de perovskita 3D. En este trabajo, se utilizó yoduro de dipropilamonio ((CH3CH2CH2)2NH2I = DipraI) como catión voluminoso junto con MAI . El valor n se varió de 50, 70 y 90, mostrando una eficiencia de 17.9% (promedio de 16 %) con el mejor dispositivo (n = 90). Para fines de comparación, se utilizó como catión voluminoso, yoduro de butil amonio (BAI) como referencia, mostrando una eficiencia de 15.5% (promedio de 12.1 %) para el mejor dispositivo. Las mediciones del rendimiento fotovoltaico muestran que la eficiencia de la fotoconversión aumenta sistemáticamente al pasar de n = 50 a n = 90 y el rendimiento del dispositivo con dipropil-amonio muestra un rendimiento significativamente mayor que la perovskita basada en butilamonio, además una mayor estabilidad que una perovskita 3D.